CN109806988B - 一种防止结瘤堵嘴的金属熔体喷射沉积雾化器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种防止结瘤堵嘴的金属熔体喷射沉积雾化器，包括喷枪，还包括金属熔体。喷枪由喷枪上盖、喷枪下盖、内喷嘴组件、导液管、叶片和气体导管组成，喷枪上盖和喷枪下盖并合构成喷枪腔体，内喷嘴组件设置在喷枪腔体内，内喷嘴的上端通过轴承活动连接在内套管的另一端外径上；内喷嘴外径上设有多只沿圆周方向均布的叶片。内喷嘴喷射金属熔体时，高速气流通过两只气体导管沿喷枪腔体内壁面切向进入喷枪腔体内，在雾化金属熔体的同时，带动多只叶片驱动内喷嘴高速旋转，高速旋转的内喷嘴使反溅依附在气流环缝内环上的液滴随即甩出，从而起到防范金属液滴凝聚结瘤而造成的堵嘴现象。

Description

一种防止结瘤堵嘴的金属熔体喷射沉积雾化器

技术领域

本发明涉及一种金属熔体喷射沉积雾化器，特别是一种防止喷射沉积高熔点、高粘度金属熔体结瘤堵嘴的雾化器，属于喷射沉积技术领域。

背景技术

喷射沉积是一种先进的复合材料制备技术，其核心原理是熔融的金属或合金在惰性气氛中雾化形成液滴喷射流，直接喷射在较冷的基体上，经过撞击、聚结、凝固而形成具有快速凝固组织的沉积坯。金属熔体的气体雾化为整个喷射沉积工艺的关键环节——是一个通过雾化器产生高速、高压气流与成一定角度的金属融体发生冲击，将其粉碎成细小的液滴形成喷射流。可见喷射过程主要由雾化器而引发，雾化器成为了整个喷射沉积装置的关键核心部件，事实上，喷射技术发展也大多体现在器结构的发展和改进上。

高速钢含有大量的高熔点合金元素，熔体具有高的粘度，流动性差等特点。目前，喷射沉积的喷射雾化，大多采用的是限制性环缝式喷枪（雾化器），具有雾化效率较高，液滴粒度分布相对集中，可使沉积坯组织细化均匀等优点。其基本原理或结构如附图1所示，高压气体由箭头方向经过气管进入雾化器a，雾化器a经一定结构的配置使气体从雾化器环缝d中喷出，形成一锥形高速气流膜e，金属熔体b经导液管c从喷枪中心孔竖直下落，与气流在雾化焦点f处会聚，经撞击、破碎成液滴流。

事实上，在雾化过程中，由于气流膜e的高速流动，必定会在雾化聚焦点f上方与液流出口处下方的气流锥内，产生一负压区，在雾化诸如高速钢等高粘度熔体时，雾化液滴流具有一定粘附性，在此负压的作用下，极易造成金属液反溅g，溅附的金属液滴与温度较低（由于气体的绝热膨胀引起）喷枪环缝的内壁接触而凝固（如图中的h所示），造成凝结物累积而形成“结瘤”，最终堵住金属熔体出口，造成“堵嘴”现象，一旦堵嘴，喷射沉积过程将被迫中止。

综上所述，限制性环缝式喷枪（雾化器）较适合于喷射沉积的喷射环节用，但在实际生产中却难以避免发生“堵嘴”而造成生产中断、喷射沉积中断出现废品、造成浪费以及增加劳动强度且可能出现安全等问题，所以“堵嘴”成为了高熔点高粘度金属喷射沉积喷射过程的顽疾。现有常见的克服方法在工艺上采用提高金属熔体的过热度，以增加液体的流动性，或采用增加导液管直径增大液流量的措施，但前者能耗增加、提高了对熔炼设备的要求，而后者牺牲了雾化效率甚至使沉积坯组织恶化，丧失了喷射沉积工艺的优越性；在结构上，采用增加一拨打装置，机械的去除结瘤，但由于拨打杆要滑过高压气流和高温金属液流，因而导致实施困难。

发明内容

为了解决高熔点高粘度金属喷射沉积过程中的结瘤堵嘴问题，本发明提供一种防止结瘤堵嘴的金属熔体喷射沉积雾化器，它通过喷枪腔内切向旋进的高速气流驱动内喷嘴旋转，在离心作用下甩脱反溅到内喷嘴顶部（即环缝内壁）的液滴，实现防止雾化器结瘤堵嘴的目的。

本发明通过以下技术方案实施：一种防止结瘤堵嘴的金属熔体喷射沉积雾化器，包括喷枪，还包括金属熔体，所述的喷枪由喷枪上盖、喷枪下盖、内喷嘴组件、导液管、叶片和气体导管组成，所述的喷枪上盖和喷枪下盖并合构成喷枪腔体，且在喷枪上盖和喷枪下盖的盖面中轴线位置分别设有连接螺孔和内大外小的锥孔，所述的内喷嘴组件设置在所述喷枪腔体内，其特征在于：

所述的内喷嘴组件由内喷嘴、内套管和轴承组成；

所述的内套管一端旋合在所述喷枪上盖的连接螺孔内；

所述的内喷嘴的轴线上设有轴向通孔，外壁面为上大下小的锥面，其上端通过轴承活动连接在内套管的另一端外径上，其下端的喷嘴口位于所述喷枪下盖内大外小的锥孔内；

所述的喷枪下盖的锥孔下端与喷枪内喷嘴的锥面下端之间构成气流环缝的内、外环；

所述的气流环缝形成气流喷射角度，所述的气流喷射角度由内喷嘴外壁锥面角度与喷枪下盖内孔锥角组合形成；

所述内喷嘴的外径上设有多只沿圆周方向均布的所述叶片，所述的多只叶片在所述喷枪腔体内气流冲击下带动所述内喷嘴绕所述内套管的轴线转动；

所述的导液管从喷枪外部伸入内喷嘴轴线上设有的轴向通孔内，且其下出口位于内喷嘴下出口的下部；

所述喷枪腔体的壁部至少设有两只所述气体导管，所述的两只气体导管设置在能将外部的高速气流沿喷枪腔体的内壁面切向送入喷枪腔体内的位置上。

所述的内喷嘴喷射所述金属熔体时，高速气流通过所述两只气体导管分别沿喷枪腔体内壁面的切向进入喷枪腔体内，在雾化金属熔体的同时，带动所述多只叶片驱动内喷嘴高速旋转，高速旋转的内喷嘴使反溅依附在所述气流环缝内环上的液滴随即甩出，从而起到防范金属液滴凝聚结瘤而造成的堵嘴现象。

进一步地，所述的内喷嘴外锥角设置在28°～32°之间，下盖内孔的内锥角设置在88°～92°之间。

进一步地，所述气流环缝的宽度设置在1～3mm之间。

进一步地，所述导液管下出口与内喷嘴下出口之间的高度差设置在2～4mm之间。

进一步地，所述叶片的数量、形状和设置方向按高速气流推动内喷嘴旋转的设定转速确定。

与传统的金属熔体喷射沉积雾化器相比，本发明具有设计合理、结构简单、能源消耗少、熔炼设备要求低、雾化效率高、沉积组织质量好、可操作性强等优点。

附图说明

附图1为传统金属熔体喷射沉积雾化器的结构示意图；

附图2为本发明金属熔体喷射沉积雾化器的主视结构示意图；

附图3为本发明金属熔体喷射沉积雾化器的俯视结构示意图。

在附图1中：a为雾化器腔体、b为金属熔体、c为导液管、d为雾化器环缝、e为气流膜、f为雾化聚焦点、g为金属液反溅、h为凝固状态。

在附图2和3中：1为喷枪上盖、2为内套管、3为金属熔体、4为导液管、5为叶片、6为轴承、7为内喷嘴、8为气流环缝、9为喷枪下盖、10为气流导管。

实施方式

以下结合附图并以具体实施例对本发明作进一步解释说明：

需要说明的是在本发明的描述中，所出现的术语如 “上”、“下”、 “内”、“外”等，其所指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

如附图2、3所示，喷枪上盖1和喷枪下盖9并合构成喷枪腔体，且在喷枪上盖1和喷枪下盖9的盖面中轴线位置分别设有连接螺孔和内大外小的锥孔；内喷嘴组件设置在喷枪腔体内，内喷嘴组件由内喷嘴7、内套管2和轴承6组成；内套管2一端旋合在喷枪上盖1的连接螺孔内；内喷嘴7的轴线上设有轴向通孔，外壁面为上大下小的锥面，其上端通过轴承6活动连接在内套管2的另一端外径上，其下端的喷嘴口位于喷枪下盖9内大外小的锥孔内；喷枪下盖9的锥孔下端与喷枪内喷嘴7的锥面下端之间构成气流环缝8的内、外环；气流环缝8形成气流喷射角度，气流喷射角度由内喷嘴7外壁锥面角度与喷枪下盖9内孔锥角组合形成；内喷嘴7的外径上设有三只沿圆周方向均布的叶片5，三只叶片5在喷枪腔体内气流冲击下带动内喷嘴7绕内套管2的轴线转动；导液管4从喷枪外部伸入内喷嘴7轴线上设有的轴向通孔内，且其下出口位于内喷嘴7下出口的下部；喷枪腔体的壁部设有两只气流导管10，两只气流导管10设置在能将外部的高速气流沿喷枪腔体的内壁面切向送入喷枪腔体内的位置上。

本发明的内喷嘴7喷射金属熔体3时，高速气流通过两只气流导管10分别沿喷枪腔体内壁面的切向进入喷枪腔体内，在雾化金属熔体的同时，带动三只叶片5驱动内喷嘴7高速旋转，高速旋转的内喷嘴7使反溅依附在气流环缝8内环上的液滴随即甩出，从而起到防范金属液滴凝聚结瘤而造成的堵嘴现象。

实施例一：

采用附图2所示结构，制备金属熔体喷射沉积雾化器，其主要结构参数为：喷枪腔体外径160mm，高度50mm，壁厚8mm；气流导管外径32mm;内喷嘴7的外锥角设置为30°，喷枪下盖9内孔的内锥角设置为90°，构成环缝内径20mm，外径22mm；导液管4的直径18mm，内径6mm，且其下出口与内喷嘴7下出口之间的高度差设置为3mm；叶片5的形状为板状,尺寸为30mm×20mm，且为竖向设置。

雾化W18高速钢粉末时，工艺参数：过热度150℃，雾化气体压力0.8MPa；采用中频感应熔炼炉熔化合金，连续雾化500公斤熔体后停炉，未发生堵嘴现象，粉末平均粒度67微米。

由于旋转内雾化器有效的防止了堵嘴现象，喷枪的结构可设计性加大，雾化角度可提高、雾化焦点上移产生紧耦合效果，显著的提高了雾化效率。

Claims (1)

1.一种防止结瘤堵嘴的金属熔体喷射沉积雾化器，包括喷枪，还包括金属熔体，所述的喷枪由喷枪上盖、喷枪下盖、内喷嘴组件、导液管、叶片和气体导管组成，所述的喷枪上盖和喷枪下盖并合构成喷枪腔体，且在喷枪上盖和喷枪下盖的盖面中轴线位置分别设有连接螺孔和内大外小的锥孔，所述的内喷嘴组件设置在所述喷枪腔体内，其特征在于：

所述的内喷嘴组件由内喷嘴、内套管和轴承组成；

所述的内套管一端旋合在所述喷枪上盖的连接螺孔内；

所述的内喷嘴的轴线上设有轴向通孔，外壁面为上大下小的锥面，其上端通过轴承活动连接在内套管的另一端外径上，其下端的喷嘴口位于所述喷枪下盖内大外小的锥孔内；

所述的喷枪下盖的锥孔下端与喷枪内喷嘴的锥面下端之间构成气流环缝的内环、外环，所述气流环缝的宽度设置在1～3mm之间；

所述的气流环缝形成气流喷射角度，所述的气流喷射角度由内喷嘴外壁锥面角度与喷枪下盖内孔锥角组合形成，所述的内喷嘴外壁锥面角度设置在28°～32°之间，下盖内孔锥角设置在88°～92°之间；

所述内喷嘴的外径上设有多只沿圆周方向均布的所述叶片，所述叶片在所述喷枪腔体内气流冲击下带动所述内喷嘴绕所述内套管的轴线转动，多只叶片的数量、形状和设置方向按高速气流推动内喷嘴旋转的设定转速确定；

所述的导液管从喷枪外部伸入内喷嘴轴线上设有的轴向通孔内，其下出口位于内喷嘴下出口的下部，且所述导液管下出口与内喷嘴下出口之间的高度差设置在2～4mm之间；

所述喷枪腔体的壁部设有两只所述气体导管，所述的两只气体导管设置在能将外部的高速气流沿喷枪腔体的内壁面切向送入喷枪腔体内的位置上；

所述的内喷嘴喷射所述金属熔体时，高速气流通过所述两只气体导管分别沿喷枪腔体内壁面的切向进入喷枪腔体内，在雾化金属熔体的同时，带动多只叶片驱动内喷嘴高速旋转，高速旋转的内喷嘴使反溅依附在所述气流环缝内环上的液滴随即甩出，从而起到防范金属液滴凝聚结瘤而造成的堵嘴现象。